Der digitale Baukasten – Simulationsbasierte Modelle und Methoden für den Entwurf modularer Tragsysteme aus Beton

Antragsteller

Prof. Dr.-Ing. Kai-Uwe Bletzinger Technische Universität München, Lehrstuhl für Statik

Wissenschaftliche Mitarbeiter

Manuel Meßmer, M. Sc. Technische Universität München, Lehrstuhl für Statik

Beschreibung des Projekts

Das Ziel des Projekts ist die Entwicklung und Implementierung eines durchgängigen digitalen Modells und zutreffender Methoden, welche die komplette Entwurfskette vom ersten Vorentwurf über die Detaillierung auf Basis statisch-mechanischer Simulationen bis zur korrekten Begleitung des Montagevorgangs und des Baufortschritts umfassen. Eine wesentliche Besonderheit ist die Verwendung und Weiterentwicklung parametrischer Methoden für interaktives, CAD-gestütztes Entwerfen, Sensitivitätsanalyse und Optimierung (siehe Abb. 1). Diese Methoden sollen so verfügbar und anwendbar gemacht werden, dass diese für einen großen Benutzerkreis zugänglich sind. Die große Expertise der Projektpartner des SPPs in Moduldetails und Bauteilherstellung soll genutzt werden und in den gesamten tragwerksplanerischen Prozess eingebunden werden. Alle numerischen Methoden unserer Arbeitsgruppe werden in Form von open-source Softwarepaketen und Tools bereitgestellt, die von allen Projektpartnern genutzt werden können:

• Cocodrilo: Rhino /Grasshopper Plug-In für CAD-integrierte Strukturanalyse, Optimierung und Formfindung.
• Kratos Multiphysics: Finite Element Löser mit Schnittstelle zu Cocodrilo.
• TIBRA: Preprocessor für volumetrische B-Rep Modelle.

Die zu bearbeitenden Arbeitspakete der zweiten Förderperiode lassen sich wie folgt zusammenfassen:

• Entwicklung und Einbindung von kinematischen- und Kopplungsformulierungen zur verbesserten und effizienten Modellierung von detaillierten Geometrien, welche durch eine neue IGA Schalenformulieren auf Basis der Reissner-Mindlin Theorie erreicht werden könnte.
• Erweiterung der dreidimensionalen isogeometrischen Analyse, um geometrisch komplexe Bauteile statisch und mechanisch beurteilen zu können (siehe Abb. 2). Darüber hinaus würde eine volumenbasierte Beschreibung der einzelnen Module verbesserte Kopplungsmöglichkeiten mit sich bringen, da dabei die in der Schalenformulierung übliche Kopplungskante durch eine Kopplungsfläche ersetzt wird. Eine intensive Vorarbeit zur dreidimensionalen isogeometrischen Analyse wurde in [1] veröffentlicht. Der von uns verfolgte Ansatz ist in Abb. 3 schematisch skizziert.
• Optimierung der Module für maximale strukturelle Effizienz und reduzierten Materialverbrauch.
• Anpassung der jeweiligen Modulgrenzen auf gegebenen Tragwerken anhand verschiedener Kriterien.
• Baufortschritt und Bauteilredundanz.
• Simulation und Optimierung verschiedener Bauzustände und der entsprechenden Rückführung auf einzuhaltende Toleranzen bei der Modulherstellung.

Informationen zur Förderperiode 1